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突破更多燒結(jié)應(yīng)用場景

鈦酸鋰體系鋰離子電池綜述

發(fā)布時(shí)間：2020.05.26

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鋰離子電池具有電壓高、比容量大、循環(huán)壽命長、自放電率小等諸多優(yōu)點(diǎn)"在便攜式電子產(chǎn)品、電動交通工具、大型動力電源以及儲能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前商業(yè)化的鋰離子電池主要以石墨化碳材料為負(fù)極資源豐富性能優(yōu)異的石墨作為負(fù)極在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中有著舉足輕重的地位。但石墨負(fù)極電池在循環(huán)過程中會發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞,還會因鋰析出造成不可逆容量損失難以滿足高倍率長壽命的要求為了克服這些缺點(diǎn)鈦酸鋰(Li;Ti;On)負(fù)極材料的研究逐漸成為熱點(diǎn)。鈦酸鋰最早于19世紀(jì)90年代中期被Ohzuku發(fā)現(xiàn)是一種尖晶石型面心立方結(jié)構(gòu)材料相對于金屬鋰電位為1.55 V，理論比容量175 mAh/g實(shí)際比容量可達(dá)165 mAh/g。鈦酸鋰是一種零應(yīng)變材料在鋰離子嵌入、脫出過程中幾乎無體積變化循環(huán)穩(wěn)定性非常好。它還具有遠(yuǎn)高于石墨的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)25“C時(shí)鋰離子在鈦酸鋰中的擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到2x 10-8 cm/s ,因此具有很高的倍率性能。此外鈦酸鋰負(fù)極表面不生成SEI膜,避免了電池循環(huán)過程中由于SEI膜的破壞而導(dǎo)致電池性能劣化具有極高的安全性能”。本文總結(jié)了負(fù)極材料為鈦酸鋰,正極材料分別為錳酸鋰(LiMn2O).

三元(LiNi,Co,Mn_-x 0)、磷酸鐵鋰(LiFePO)鎳錳酸鋰(LiNi,sMn. ,04鈷酸鋰(LiCoO2)等的鋰離子電池研究現(xiàn)狀并分析了鈦酸鋰體系鋰離子電池的應(yīng)用前景，可以為今后鈦酸鋰體系鋰離子電池研發(fā)及應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。1鈦酸鋰體系電池研究現(xiàn)狀錳酸鋰/鈦酸鋰電池尖晶石型錳酸鋰是目前市場上主流的正極材料之- -晶體結(jié)構(gòu)中氧離子為面心立方緊密堆積,鋰離子能夠可逆地從尖晶石晶格中脫嵌不會引起結(jié)構(gòu)的塌陷，使用鳳谷的鋰電材料燒結(jié)回轉(zhuǎn)窯后具有電壓高、易合成、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。國外對錳酸鋰/鈦酸鋰電池開展了充分的研究。NorioTakami等研制的3Ah錳酸鋰/鈦酸鋰電池,以10C倍率100%充放電循環(huán)30 000次后,容量保持率為95%。常溫下50 C倍率放電容量保持94% ;- -40 "C低溫下以1 C倍率放電容量為常溫下的80%具有優(yōu)異的循環(huán)性能、倍率性能和低溫性能。Ilias Belharouak等"對比了錳酸鋰/石墨和錳酸鋰/鈦酸鋰電池的安全性能,兩種電池置于100 C烘箱中保溫12h后錳酸鋰1石墨電池內(nèi)部產(chǎn)生了H2、CH。、CH4等多種易燃?xì)怏w,而錳酸鋰/鈦酸鋰電池內(nèi)部無任何易燃?xì)怏w產(chǎn)生安全性能顯著提高。

國內(nèi)李佳等9對18650型1 Ah錳酸鋰/鈦酸鋰電池的負(fù)極配方進(jìn)行了優(yōu)化,電池以10C充電可在5min內(nèi)充入80%的容量,30 C放電可放出容量的95%以上且電池表面最高溫度不超過46C;低溫一30C、1C下可充入室溫容量的65.8% ,放出室溫容量的86.2% ;10 C、100%充放電循環(huán)1 000次后電池容量仍保持在93%以上。

劉建文等采用改性的納米級鈦酸鋰和錳酸鋰制備了10 Ah鋰離子電池，其20 C放電容量保持率為90% ;低溫- -40 C下,1 C放電容量為常溫容量的85%低溫-55 °C下1 C放電容量達(dá)到常溫容量的74% ;- 20 C下0.5 C充電容量可以達(dá)到常溫容量的80%。電池容量增大后仍具有優(yōu)異的低溫放電特性以及良好的倍率性能和低溫充電能力。